CN110106762B - 一种人造蓄水石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人造蓄水石及其制备方法，该蓄水石包括透水层和位于所述透水层内的一个或多个蓄水腔，蓄水腔占蓄水石总体积的30‑60％；透水层为多孔包覆层，透水层的孔隙率为10‑25％。本发明的人造蓄水石，通过具有蓄水功能的蓄水腔和透水层，实现对雨水的存储，蓄水石的蓄水量达到0.4‑0.7t/m3，是同体积下天然石子的2‑3倍，大大提高了雨水花园蓄水层的蓄水能力；同时可大量减少雨水花园的深坑挖掘量，进一步减少施工成本，也减少了占地面积，若同处降雨量较大的地区，等体积的雨水花园相比较下，雨洪控制的可持续性也大大提高。

Description

一种人造蓄水石及其制备方法
技术领域
本发明涉及雨水花园领域，尤其涉及一种人造蓄水石及其制备方法。
背景技术
随着城市化发展的不断加快，城市内涝、初期雨水污染等问题越来越严重。城市内水系不断减少，地面不透水面积增加，导致降雨径流无法通过地面下渗，形成积水之后在城市内部造成严重的内涝。目前常见的解决方法包括透水铺装、植草沟和生物滞留(雨水花园)等。雨水花园是兼具土壤入渗及雨水蓄存功能的洼地，经过植物吸收，微生物降解及土壤介质过滤作用来蓄滞净化雨水，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水。雨水花园构造由上至下依次为土壤种植层、保水层和蓄水层。常见的蓄水层多为天然石子填充得到，而天然石子一方面蓄水量较低，一般为0.2-0.25t/m3，另一方面堆积密度较大，施工难度大，且天然石子的开采易破坏自然环境，造成不必要的污染。因此，提供一种蓄水透水能力强、堆积密度小、可广泛应用于雨水花园领域的蓄水石是本领域亟待解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄水透水能力强、堆积密度小、可广泛应用于雨水花园领域且不破坏自然环境的人造蓄水石及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种人造蓄水石，蓄水石包括透水层和位于透水层内的一个或多个蓄水腔，蓄水腔占蓄水石总体积的30-60％；透水层为多孔包覆层，透水层的孔隙率为10-25％。
进一步的，蓄水石为球形或椭球形颗粒，粒径范围为5-50mm，蓄水石的孔隙率为30-70％。
进一步的，蓄水石由如下重量份的原料制备而成：可再生细骨料50-75份，粘结剂15-41.5份，水2.25-16.6份，空腔造孔剂1-10份，减水剂0.1-1.5份，塑化剂0.3-1.5份。
进一步的，可再生细骨料为再生混凝土细骨料、再生砖细骨料中的一种或几种，可再生细骨料的粒径小于1mm。
进一步的，粘结剂为水泥、活性粉末混凝土中的一种或几种。具体的，水泥为任意符合国家标准的32.5及32.5以上水泥。
进一步的，空腔造孔剂为高分子发泡材料，高分子发泡材料能够在180-220℃范围内实现收缩团聚。优选的，空腔造孔剂为发泡聚苯颗粒、丁腈橡胶发泡材料，空腔造孔剂含量为1份、4份、8份、10份。
进一步的，减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸盐减水剂中的一种或几种，优选的，减水剂含量为0.1份、0.4份、1份、1.2份、1.5份；塑化剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种，优选的，塑化剂含量为0.3份、0.5份、1份、1.5份。
本发明还提供一种人造蓄水石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将可再生细骨料、粘结剂、水、减水剂和塑化剂按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加空腔造孔剂进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行养护，之后在180-220℃下空腔成型得到蓄水石。
进一步的，步骤(2)中筛分机的孔形状为方孔，孔径范围为5-50mm。
进一步的，步骤(3)中养护方式为自然养护或蒸压养护：自然养护温度为室温，湿度在70％以上，养护时间为3-4天；蒸压养护温度为70-100℃，压力为1-1.1个大气压。
本发明的人造蓄水石及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明的人造蓄水石，包括透水层和位于透水层内的一个或多个蓄水腔，通过具有蓄水功能的蓄水腔和透水层，实现对雨水的存储，占蓄水石总体积的30-60％的蓄水腔以及蓄水石30-70％的孔隙率使得蓄水石的蓄水量达到0.4-0.7t/m3，是同体积下天然石子的2-3倍，大大提高了雨水花园蓄水层的蓄水能力；同时可大量减少雨水花园的深坑挖掘量，进一步减少施工成本，也减少了占地面积，若同处降雨量较大的地区，等体积的雨水花园相比较下，雨洪控制的可持续性也大大提高。
(2)本发明的人造蓄水石，空腔结构使得其堆积密度为800-1200kg/m3，与天然石子1600kg/m3左右的堆积密度相比，堆积密度较低，施工难度小，同体积下，可减少约25-45％的施工成本。
(3)本发明的人造蓄水石，透水层内部含有大量微孔，可实现对雨水的净化，蓄水腔中暂存的水分可通过缓慢释放供上层植被吸收或逐渐渗入土壤补充地下水。
(4)本发明的人造蓄水石，以再生细骨料为主要原料，实现了固体废弃物的二次利用，且蓄水石可实现重复利用，绿色环保。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的人造蓄水石的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的人造蓄水石的另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明的人造蓄水石制备方法的流程图；
图中，1-透水层，2-蓄水腔，3-微孔。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，为本发明的人造蓄水石，包括透水层1和位于透水层1内的一个或多个蓄水腔2。蓄水腔2占蓄水石总体积的30-60％；蓄水腔2占比太少则蓄水效果不好，太大则导致透水层1包覆的太薄，使得蓄水石强度达不到施工要求。透水层1为多孔包覆层，透水层1的孔隙率为10-25％。
本发明的人造蓄水石，通过设置具有蓄水功能的蓄水腔和透水层，且蓄水腔占蓄水石总体积的30-60％，实现了对雨水的存储，使得蓄水石的蓄水量能够达到0.4-0.7t/m3，是同体积下天然石子的2-3倍，大大提高了雨水花园蓄水层的蓄水能力；同时可大量减少雨水花园的深坑挖掘量，进一步减少施工成本，也减少了占地面积，若同处降雨量较大的地区，等体积的雨水花园相比较下，雨洪控制的可持续性也大大提高。同时，蓄水石的这种空腔结构使得其堆积密度为800-1200kg/m3，与天然石子1600kg/m3左右的堆积密度相比，堆积密度较低，施工难度小，同体积下，可减少约25-45％的施工成本。
蓄水石可以根据需要成型为各种形状，例如可以为球形、椭球形或其它任何不规则形状的颗粒，粒径范围为5-50mm，蓄水石的孔隙率为30-70％，这样进一步保证了蓄水石的蓄水能力。
具体的，蓄水石由如下重量份的原料制备而成：可再生细骨料50-75份，粘结剂15-41.5份，水2.25-16.6份，空腔造孔剂1-10份，减水剂0.1-1.5份，塑化剂0.3-1.5份。其中，可再生细骨料为再生混凝土细骨料、再生砖细骨料中的一种或几种，可再生细骨料的粒径小于1mm。粘结剂为水泥、活性粉末混凝土中的一种或几种。空腔造孔剂为高分子发泡材料，例如聚苯颗粒、丁腈橡胶发泡材料，高分子发泡材料能够在180-220℃范围内实现收缩团聚。减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸盐减水剂中的一种或几种，木质素磺酸盐减水剂可为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾等；塑化剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。
本发明的人造蓄水石，以再生细骨料为原料，以水泥、活性粉末混凝土等为粘结剂，由于再生细骨料本身具有孔隙，在制备过程中又通过控制其与粘结剂之间的用量，使得制得的蓄水石透水层1中具有微孔3，且孔隙率为10-25％。若孔隙率太小，达不到透水效果；孔隙率太大，则导致蓄水石强度太小，不满足施工要求。通过微孔3可实现对雨水的净化，净化后的雨水进一步的用作厕所用水或景观用水，达到水资源循环利用的效果。同时利用再生细骨料为主要原料还实现了固体废弃物的二次利用，且蓄水石可重复利用，绿色环保。另一方面，选择高分子发泡材料做空腔造孔剂，在180-220℃的空腔成型温度下，空腔造孔剂收缩团聚使得蓄水石内形成空腔，可实现对水分的存蓄，蓄水腔中暂存的水分可通过缓慢释放供上层植被吸收或逐渐渗入土壤补充地下水。
具体的，本发明的人造蓄水石的制备方法，如图3所示，先将再生细骨料、粘结剂、水、减水剂、塑化剂按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后再传递至圆盘造粒机中，再按重量份添加空腔造孔剂进行混合初步造粒。在圆盘造粒机内空腔造孔剂与其余原料混合均匀并完成初步的造粒。初步造粒可使空腔造孔剂被包覆，免于在后续对辊造粒时暴露在表面，使得制得的蓄水石为表面平整的完整颗粒。同时，圆盘造粒机的直径可根据产量大小调节，线速度为1-3m/s。
进一步的，将初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒。对辊造粒机的技术参数为：模穴孔径5-50mm，模穴穴孔半圆心角50-60°，轧辊直径600-711mm，轧辊宽度150-500mm，轧辊线速度0.2-1.11m/s，成型压力为1-6.2KPa。利用筛分机筛分过程，筛分机一般为方孔，孔径根据对辊挤压造粒机的模穴孔径调整，范围为5-50mm。
筛分后合格的颗粒进行自然养护或蒸压养护，养护后在180-220℃下进行空腔成型得到蓄水石，最后将成型后产品进行袋装、封口后得到成品。在180-220℃下加热时由于当前蓄水石颗粒中空腔是由空腔造孔剂占满的，通过加热，空腔造孔剂收缩，进而留出蓄水腔。
具体的，自然养护温度为室温，湿度在70％以上，养护时间为3-4天；蒸压养护温度为70-100℃，压力为1-1.1个大气压。
以上对本发明的人造蓄水石及其制备方法进行了详细的介绍，下面将结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
一种人造蓄水石，由如下重量份的原料制备而成：再生混凝土细骨料50g，水泥粘结剂41.5g，水6.2g，聚苯颗粒7g，聚羧酸减水剂0.3g，甲基纤维素1.2g。
本实施例中该蓄水石采用如下方法制备：
(1)将再生混凝土细骨料、水泥粘结剂、水、聚羧酸减水剂和甲基纤维素按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加聚苯颗粒进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行自然养护，养护温度为室温，湿度为70％，养护时间3天；之后在200℃下空腔成型得到蓄水石。
实施例2
一种人造蓄水石，由如下重量份的原料制备而成：再生砖细骨料60g，活性粉末混凝土35g，水7.3g，聚苯颗粒3g，聚羧酸减水剂0.5g，木质素磺酸钠0.3g，甲基纤维素0.4g，聚乙烯醇0.8g。
本实施例中该蓄水石采用如下方法制备：
(1)将再生砖细骨料、活性粉末混凝土、水、聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和甲基纤维素、聚乙烯醇按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加聚苯颗粒进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行蒸压养护，蒸压养护温度为100℃，压力为1个大气压；之后在220℃下空腔成型得到蓄水石。
实施例3
一种人造蓄水石，由如下重量份的原料制备而成：再生混凝土细骨料70g，活性粉末混凝土26g，水7.8g，聚苯颗粒1g，聚羧酸减水剂0.8g，木质素磺酸钠0.7g，甲基纤维素0.2g，聚乙烯醇1.3g。
本实施例中该蓄水石采用如下方法制备：
(1)将再生混凝土细骨料、活性粉末混凝土、水、聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和甲基纤维素、聚乙烯醇按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加聚苯颗粒进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行自然养护，养护温度为室温，湿度为80％，养护时间4天,之后在180℃下空腔成型得到蓄水石。
实施例4
一种人造蓄水石，由如下重量份的原料制备而成：再生混凝土细骨料75g，水泥15g，水6g，聚苯颗粒9g，聚羧酸减水剂0.1g，木质素磺酸钠0.2g，甲基纤维素0.45g，聚乙烯醇0.25g。
本实施例中该蓄水石采用如下方法制备：
(1)将再生混凝土细骨料、水泥、水、聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和甲基纤维素、聚乙烯醇按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加聚苯颗粒进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行蒸压养护，养护温度为70℃，压力为1.1个大气压；之后在200℃下空腔成型得到蓄水石。
将实施例1-4中的蓄水石进行性能测试，结果如表1所示。
表1蓄水石性能测试结果
堆积密度(kg/m<sup>3</sup>) 蓄水量(t/m<sup>3</sup>)
实施例1 965 0.59
实施例2 1086 0.48
实施例3 1173 0.41
实施例4 821 0.67
由表1可知，本发明的人造蓄水石堆积密度为800-1200kg/m3，蓄水量为0.4-0.7t/m3，与常规雨水花园蓄水层用的天然石子相比，天然石子堆积密度在1600kg/m3左右，蓄水量为0.2-0.25t/m3，可见本发明的蓄水石的堆积密度较低，进而降低了施工难度，同体积下节省了约25-45％的施工成本。同时本发明的蓄水石蓄水量是同体积下天然石子的2-3倍，可大量减少雨水花园的深坑挖掘量，进一步减少施工成本，也减少了占地面积，若同处降雨量较大的地区，等体积的雨水花园相比较下，雨洪控制的可持续性也大大提高。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种人造蓄水石，其特征在于，所述蓄水石包括透水层和位于所述透水层内的一个或多个蓄水腔，所述蓄水腔占所述蓄水石总体积的30-60％；所述透水层为多孔包覆层，所述透水层的孔隙率为10-25％；
所述蓄水石为球形或椭球形颗粒，粒径范围为5-50mm，所述蓄水石的孔隙率为30-70％；
所述蓄水石由如下重量份的原料制备而成：可再生细骨料50-75份，粘结剂15-41.5份，水2.25-16.6份，空腔造孔剂1-10份，减水剂0.1-1.5份，塑化剂0.3-1.5份。
2.根据权利要求1所述的人造蓄水石，其特征在于，所述可再生细骨料为再生混凝土细骨料、再生砖细骨料中的一种或几种，所述可再生细骨料的粒径小于1mm。
3.根据权利要求1所述的人造蓄水石，其特征在于，所述粘结剂为水泥、活性粉末混凝土中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的人造蓄水石，其特征在于，所述空腔造孔剂为高分子发泡材料，所述高分子发泡材料能够在180-220℃范围内实现收缩团聚。
5.根据权利要求1所述的人造蓄水石，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸盐减水剂中的一种或几种；所述塑化剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的人造蓄水石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可再生细骨料、粘结剂、水、减水剂和塑化剂按重量份加入搅拌机内搅拌均匀后倒入圆盘造粒机中，再按重量份添加空腔造孔剂进行混合初步造粒；
(2)将步骤(1)中初步造好的粒喂入对辊造粒机中再次造粒，然后利用筛分机进行筛分，对不符合孔径要求的产物回收返至对辊造粒机中重新造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒进行养护，之后在180-220℃下空腔成型得到蓄水石。
7.根据权利要求6所述的人造蓄水石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中筛分机的孔形状为方孔，孔径范围为5-50mm。
8.根据权利要求6所述的人造蓄水石的制备方法，其特征在于，步骤(3)中养护方式为自然养护或蒸压养护：自然养护温度为室温，湿度在70％以上，养护时间为3-4天；蒸压养护温度为70-100℃，压力为1-1.1个大气压。
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